JPH0497531A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に配線の形成
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体装置における配線は、アルミニウム膜をス
パッタリング法を用いて形成した後選択的にエツチング
することにより得ていた。さらに、アルミニウム配線の
耐湿性を強化するためにパッシベーション膜として窒化
シリコン膜等の水分の透過率の小さい材料で被覆する構
造にしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の配線の形成方法では、高集積化を図るた
めに隣接した２本のアルミニウム配線の間隔を小さくし
ていくと、パッシベーション膜の窒化シリコン膜が局部
的に薄くなる現象が起こる。これは、隣接したアルミニ
ウム配線間に形成される凹部の縦／横比、すなわち（ア
ルミニウム配線の厚さ）／（アルミニウム配線の間隔）
比が大きくなると、段部被覆率、すなわち（段部におけ
る最小の被覆膜厚）／（平坦部における被覆膜厚）が小
さくなるという性質をプラズマ分解ＣＶＤ法で形成する
窒化シリコン膜がもっているためである。この結果、平
坦部で一様の膜厚の窒化シリコン膜を形成しても耐湿性
が低下してしまうという欠点がある。

この様子を第２図（ａ）及び（ｂ）に示す。

眉間絶縁膜２１５上に厚さ１．０μｍ、幅１．０μｍの
アルミニウム間隔２１６−１ａ。

２１６−２ａ、２１６−１ｂ、２１６−２ｂを形成した
後、厚さ０．５μｍの窒化シリコン膜２１４ａ及び２１
４ｂをそれぞれ形成したものである。

第２図（ａ）ではアルミニウム配線２１６−１ａ、２１
６−２ａの間隔は１．０μｍ、第２図（ｂ）ではアルミ
ニウム配線２１６−１ｂ。

２１６−２ｂの間隔は０．８μｍとなっている。

平坦部では同一の厚さの窒化シリコン膜を形成したにも
かかわらず、第２図（ａ）では段部における最小の被覆
膜厚は０．２μｍあるのに対し、第２図（ｂ）では０．
１μｍしかなくなってしまう。

このように、プラズマ分解ＣＶＤ法で形成する窒化シリ
コン膜は凹部の縦／横比が大きくなると段部被覆率が急
激に低下してしまうという性質がある。

この対策として段部における最小の被覆膜厚が一定値以
上になるような条件で成膜すると、アルミニウム配線上
の平坦部には厚い窒化シリコン膜が形成されることにな
り、この場合はアルミニウム配線が窒化シリコン膜から
受ける応力によりストレスマイグレーションが起こりや
すくなる。これは、応力によりアルミニウム原子が移動
して空隙（ボイド）が発生する現象である。

また、第二の対策としてアルミニウム間隔の縦横比を小
さくするためにアルミニウム膜厚を小さくすると、配線
の電気抵抗が増大し高速で回路を動作させることが困難
になる。

このように、従来の配線形成方法では、耐湿性、ストレ
スマイグレーション、配線抵抗等の要因を同時に満足さ
せつつ高集積化を実現することが困難であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に第１の導体
膜、第２の導体膜及び前記第２の導体膜より融点の高い
第３の導体膜を順次積層して多層膜を形成したのち選択
的に除去して前記第３の導体膜の幅が第２の導体膜の幅
より小さな多層膜配線を形成し、熱処理により前記第２
の導体膜の少なくとも一部を溶融する工程を有するとい
うものである。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例の説明に
使用する半導体チップの縦断面図である。

抵抗率１０Ωｃｍのｐ型シリコン基板１０１の主表面に
選択的に厚さ０．６μｍのフィールド酸化膜１０２を形
成して活性領域を区画する。次に、活性領域上に厚さ２
０ｎｍのゲート酸化膜１０３を形成する。次に、ｎ型不
純物であるリンをドーピングした厚さ０．３μｍの多結
晶シリコン膜を形成した後選択的に除去してゲート長１
、Ｏｔｔｍのゲート電１ｉ１０４−１，１０４−２を形
成する。

次に、ｎ型不純物であるヒ素の１価イオンを打ち込んだ
後活性化処理を施して、深さ０．２μｍのｎ型不純物頭
域１０５−１，１０５−２を選択的に形成しＭＯＳ）ラ
ンジスタのソース／ドレイン領域を形成する。次に、厚
さ０．５μｍのＢＰＳＧＩｌ！を形成した後熱処理を施
してリフローさせ第１の眉間絶縁膜１０６を形成する。

次に、厚さ０．３μｍのタングステンシリサイド膜を形
成した後選択的に除去して第の配線１０７を形成する。

次に、厚さ０．５μｍのＢＰＳＧ膜を形成した後熱処理
を施してリフローさせ第２の眉間絶縁ＭＩＯ８を形成す
る。

次にコンタクト開口部１０９−１　１０９−２．１０９
−３を形成する。

次に、以上の工程を経たものを基板としてその上に厚さ
０．１μｍの窒化チタン膜（第１の導体！＞１１０、厚
さ１．Ｏｔｔｍのアルミニウム膜（第２の導体膜＞１１
１、厚さ０．１μｍのタングステン膜（第３の導体り１
１２を順次形成した後選択的に除去して第２の配線（多
層膜配線）１１３等を形成する。

このとき第１図（ｂ）に示すようにタングステン配線の
幅は下層のアルミニウム配線及び窒化チタン配線の幅よ
りも０．４μｍ小さく形成する。

次に、第１図（ｃ）に示すように９素雰囲気中でハロゲ
ンランプによる６００℃、１０秒の熱処理を施しアルミ
ニウム配線を選択的に溶融し、角が丸くなったアルミニ
ウム配線１１１ａを形成する。

このとき、窒化チタン膜はコンタクト開口部におけるア
ルミニウム膜とシリコン基板とが反応して合金化するの
を防ぐバリア膜として働く。また、タングステン膜は、
アルミニウム膜より融点が高く、溶融したアルミニウム
ｌ康４配線が表面張力により過度に変形するのを防いで
いる。

次に、第１図（ａ）、（ｂ）に示すように、厚さ０．５
μｍの窒化シリコン膜１１４を形成する。

このとき、アルミニウム配線間の距離が０．８μｍであ
っても段部における最小の窒化シリコン膜厚は０．２μ
ｍ以上とすることが可能であり、従来の配線構造で得ら
れる量の約２倍にすることができる。これにより、アル
ミニウム配線間の距離を小さくした場合にも耐湿性を劣
化させないような窒化シリコン膜によるパッシベーショ
ンが可能である。また、過度に厚い窒化シリコン膜を用
いる必要もないため、ストレスマイグレーションも発生
しにくいという利点を有する。

第３図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施例の工程順
の縦断面図である。

第３図（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板の表面に
選択的に形成されたｎ型不純物領域３１６上に形成した
厚さ−１，０μｍの眉間絶縁膜３１５にコンタクト開口
３１７を形成した基板を準備する。

次に、厚さ０１１μｍの窒化チタン膜３１０４、厚さ１
．０μｍのアルミニウム膜３１１、厚さ０．１μｍタン
グステン膜３１２を順次積層して形成するが、タングス
テン膜は段部における被覆率の小さい条件で形成するこ
とにより、コンタクト開口の内側には入りこまないよう
にする。例えば、ｐ型シリコン基板の主表面に対して、
入射角が少なくとも４５°となる条件でスパッタリング
法によりタングステン膜を形成するとコンタクト開口の
内側に入りこまず表面にのみ成膜することが可能である
。

次に、第３図（ｂ）に示すように、窒化雰囲気中でハロ
ゲンランプによる６００℃、１０秒の熱処理を施しアル
ミニウム膜を選択的に溶融する。

このとき、タングステン膜の付着していないコンタクト
開口部のアルミニウム膜だけが選択的にリフローしてコ
ンタクト開口部の内部にボイド３１８を残すとともにコ
ンタクト開口部をふさぐ。

この後に第１の実施例で述べたのと同様にパターニング
を行ない、再びハロゲンランプによる熱処理を行ない、
第３図（ｃ）に示すように、アルミニウム膜の角が丸く
なった配線構造を得る。

次に厚さ０．５μｍの窒化シリコンＭ３１を形成するが
、急しゅんな段差が存在しないので、良好な被覆性を有
する構造が得られる。

この実施例は、深さ７幅の比較的大きなコンタクト開口
部に配線の形成するのに有効な手段を与える。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は導体膜の配線を別の種類
の導体膜で上下からはさんで形成し、中央部の導体を熱
処理により溶融することによってその後形成するパッシ
ベーション膜の被覆率を向上させ耐湿性を向上、させる
効果がある。このとき、下部の導体膜（第１の導体膜）
は中央部の導体膜（第２の配線）と下地との合金反応を
抑制し、上部の導体膜（第３の導体膜）は中央部の導体
膜の溶融時に表面張力による過度の変形が生じない目的
で用いている。

実施例では、第１（下部）の導体膜に窒化チタン、第２
（中央部）の導体膜にアルミニウム、第３（上部）の導
体膜にタングステンを用いて説明したが、第１の導体膜
は下地と第２の導体膜との合金反応を抑制する材料であ
ればよく、また、第３の導体膜は、第２の導体膜よりも
融点が高い材料であればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例の説明と
使用する縦断面図、第２図（ａ）（ｂ）は従来例とその
問題点を説明するための縦断面図、第３図（ａ）〜（ｃ
）は本発明の第２の実施例の工程順縦断面図である。 １０１・・・ｐ型シリコン基板、１０２・・・フィール
ド酸化膜、１０３・・・ゲート酸化膜、１０４−１゜１
０４−２・・・ゲート電極、１０５−１，１０５−２・
・・ｎ型不純物領域、１０６・・・第１の層間絶縁膜、
１０７・・・第１の配線、１０８・・・第２の眉間絶縁
膜、１０９−１，１０９−２．１０９−３・・・コンタ
クト開口部、１１０，３１０・・・窒化チタン膜、１１
１，１ｌｌａ、３１１・・・アルミニウム膜、１１２，
３１２・・・タングステン膜、１１３゜１１３−１，１
１３−２−・・第２の配線、１１４゜２１４ａ、２１４
ｂ、３１４−窒化シリコン膜、２１５．３１５・・・層
間絶縁膜、２１６−１ａ。 ２１６−１ｂ、２１６−２ａ、２１６−２ｂ−−−アル
ミニウム配線、３１７・・・コンタクト開口部、３１８
・・・ボイド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上に第１の導体膜、第２の導体膜及び前記第２の
   導体膜より融点の高い第３の導体膜を順次積層して多層
   膜を形成したのち選択的に除去して前記第３の導体膜の
   幅が第２の導体膜の幅より小さな多層膜配線を形成し、
   熱処理により前記第２の導体膜の少なくとも一部を溶融
   する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。